等价类


在数学中,假設在一个集合Xdisplaystyle XX上定義一个等价关系(用∼displaystyle sim  sim來表示),则Xdisplaystyle XX中的某個元素adisplaystyle aa等价类就是在Xdisplaystyle XX中等价于adisplaystyle aa的所有元素所形成的子集:



[a]=x∼adisplaystyle [a]=xin X[a] = x in X

等价类的概念有助于从已经构造了的集合构造新集合。在Xdisplaystyle XX中的给定等价关系∼displaystyle sim  sim的所有等价类的集合表示为X/∼displaystyle X/sim X/ sim并叫做Xdisplaystyle XX除以∼displaystyle sim sim商集。这种运算可以(实际上非常不正式的)被认为是输入集合除以等价关系的活动,所以名字“商”和这种记法都是模仿的除法。商集类似于除法的一个方面是,如果Xdisplaystyle XX是有限的并且等价类都是等势的,则X/∼displaystyle X/sim X/ sim的序是Xdisplaystyle XX的序除以一个等价类的序的商。商集被认为是带有所有等价点都识别出来的集合Xdisplaystyle XX


对于任何等价关系,都有从Xdisplaystyle XXX/∼displaystyle X/sim X/ sim的一个规范投影映射πdisplaystyle pi pi ,给出为π(x)=[x]displaystyle pi (x)=[x]displaystyle pi (x)=[x]。这个映射总是满射的。在Xdisplaystyle XX有某种额外结构的情况下,考虑保持这个结构的等价关系,接着称这个结构是良好定义的,而商集在自然方式下继承了这个结构而成为同一个范畴的对象;从adisplaystyle aa[a]displaystyle [a]displaystyle [a]的映射则是在这个范畴内的满态射。参见同余关系。



例子


  • 如果Xdisplaystyle XX是轿车的集合,而∼displaystyle sim sim 是“颜色相同”的等价类,则一个特定等价类由所有绿色轿车组成。X/∼displaystyle X/sim displaystyle X/sim 自然的被认同于所有轿车颜色的集合。

  • 考虑在整数集合Zdisplaystyle mathbb Z mathbb Z 上的“模2displaystyle 22” ﹝見同餘﹞等价关系: x∼ydisplaystyle xsim yx sim y当且仅当x−ydisplaystyle x-yx - y是偶数。这个关系精确的引发两个等价类: [0]displaystyle [0]displaystyle [0]由所有偶数组成,[1]displaystyle [1]displaystyle [1]由所有奇数组成。在这个关系下[7],[9]displaystyle [7],[9]displaystyle [7],[9][1]displaystyle [1]displaystyle [1]都表示Z/∼displaystyle mathbb Z /sim mathbbZ/ sim的同一个元素。


  • 有理数可以构造为整数的有序对 (a,b)displaystyle (a,b)(a, b)的等价类的集合,bdisplaystyle bb不能为零,这里的等价关系定义为


(a,b)∼(c,d)displaystyle (a,b)sim (c,d)displaystyle (a,b)sim (c,d)当且仅当ad=bcdisplaystyle ad=bcdisplaystyle ad=bc

这里的有序对 (a,b)displaystyle (a,b)(a, b)的等价类可以被认同于有理数a/bdisplaystyle a/ba/b

  • 任何函数f:X→Ydisplaystyle f:Xrightarrow Yf: X rightarrow Y定义在X上的等价关系,通过x1∼x2displaystyle x_1sim x_2displaystyle x_1sim x_2 当且仅当f(x1)=f(x2)displaystyle f(x_1)=f(x_2)displaystyle f(x_1)=f(x_2)xdisplaystyle xx的等价类是在Xdisplaystyle XX中被映射到f(x)displaystyle f(x)f(x)的所有元素的集合,就是说,类[x]displaystyle [x]displaystyle [x]f(x)displaystyle f(x)f(x)的逆像。这个等价关系叫做fdisplaystyle ff的核。

  • 给定群Gdisplaystyle GG和子群Hdisplaystyle HH,我们可以定义在Gdisplaystyle GG上的等价关系,通过x∼ydisplaystyle xsim yx sim y当且仅当xy−1∈Hdisplaystyle xy^-1in Hxy^-1 in H。这个等价类叫做H在G中的右陪集;其中之一是Hdisplaystyle HH自身。它们都有同样数目的元素(在无限Hdisplaystyle HH的情况下是势)。如果Hdisplaystyle HH是正规子群,则所有陪集的集合自身是在自然方式下的一个群。

  • 所有群都可以划分成叫做共轭类的等价类。


  • 连续映射fdisplaystyle ff的同伦类是所有同伦于fdisplaystyle ff的所有映射的等价类。

  • 在自然语言处理中,等价类是对一个个人、位置、事物或事件的所有提及的要么真实要么虚构的集合。例如,在句子“"GE股东将投票公司杰出的CEO Jack Welch的继任者”。“GE”和“公司”是同义的,所以构成一个等价类。对“GE股东”和“Jack Welch”有单独的等价类。


性质


因为等价关系的adisplaystyle aa[a]displaystyle [a]displaystyle [a]中和任何两个等价类要么相等要么不相交的性质。得出X的所有等价类的集合形成Xdisplaystyle XX的划分:所有Xdisplaystyle XX的元素属于一且唯一的等价类。反过来,Xdisplaystyle XX的所有划分也定义了在Xdisplaystyle XX上等价关系。


它还得出等价关系的性质



a∼bdisplaystyle asim bdisplaystyle asim b当且仅当[a]=[b]displaystyle [a]=[b]displaystyle [a]=[b]

如果∼displaystyle sim sim是在Xdisplaystyle XX上的等价关系,而P(x)displaystyle P(x)P(x)xdisplaystyle xx的元素的一个性质,使得只要x∼y,P(x)displaystyle xsim y,P(x)displaystyle xsim y,P(x)为真如果P(y)displaystyle P(y)displaystyle P(y)为真,则性质Pdisplaystyle PP被称为良好定义的或在关系∼displaystyle sim sim下“类恒定”的。常见特殊情况出现在fdisplaystyle ff是从Xdisplaystyle XX到另一个集合Ydisplaystyle YY的时候;如果x1∼x2displaystyle x_1sim x_2displaystyle x_1sim x_2蕴涵f(x1)=f(x2)displaystyle f(x_1)=f(x_2)displaystyle f(x_1)=f(x_2)fdisplaystyle ff被称为在∼displaystyle sim sim下恒定的类,或简单称为在∼displaystyle sim sim下恒定。这出现在有限群的特征理论中。对函数fdisplaystyle ff的后者情况可以被表达为交换三角关系.参见不變量。



参见


  • 等价关系

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